Interested Article - Полипропилен

Полипропилен (PP) — термопластичный полимер пропилена (пропена).

Получение

Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов , например, катализаторов Циглера—Натта (например, смесь TiCl 4 и Al R 3 ):

n CH 2 =CH(CH 3 ) → [-CH 2 -CH(CH 3 )-] n

Параметры, необходимые для получения полипропилена близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смеси.

Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4—0,5 г/см³. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

Молекулярное строение

По типу молекулярной структуры можно выделить три основных типа: изотактический, синдиотактический и атактический.

Изотактическая и синдиотактическая молекулярные структуры могут характеризоваться разной степенью совершенства пространственной регулярности.

Стереоизомеры полипропилена существенно различаются по механическим, физическим и химическим свойствам. Атактический полипропилен представляет собой каучукоподобный материал с высокой текучестью, температурой плавления — около 80 °C, плотностью — 850 кг/м³, хорошей растворимостью в диэтиловом эфире . Изотактический полипропилен по своим свойствам выгодно отличается от атактического, а именно: он обладает высоким модулем упругости, большей плотностью — 910 кг/м³, высокой температурой плавления — 165—170 °C и лучшей стойкостью к действию химических реагентов. Стереоблокполимер полипропилена при исследовании с помощью рентгеновских лучей обнаруживает определённую кристалличность, которая не может быть такой же полной, как у чисто изотактических фракций, поскольку атактические участки вызывают нарушение в кристаллической решётке . Изотактический и синдиотактический образуются случайным образом;

Физико-механические свойства

В отличие от полиэтилена , полипропилен менее плотный (плотность 0,91 г/см³, что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс ), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140 °C, температура плавления 175 °C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов).

Поведение полипропилена при растяжении ещё в большей степени, чем полиэтилена, зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры. Чем ниже скорость растяжения полипропилена, тем выше значение показателей механических свойств. При высоких скоростях растяжения разрушающее напряжение при растяжении полипропилена значительно ниже его предела текучести при растяжении.

Показатели основных физико-механических свойств полипропилена приведены в таблице:

Плотность, г/см³ 0,90—0,91
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см 250—400
Относительное удлинение при разрыве, % 200—800
Модуль упругости при изгибе, кгс/см 6700—11900
Предел текучести при растяжении, кгс/см 250—350
Относительно удлинение при пределе текучести, % 10—20
Ударная вязкость с надрезом, кгс·см/см² 33—80
Твердость по Бринеллю, кгс/мм² 6,0—6,5

Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице:

Показатели / марка 01П10/002 02П10/003 03П10/005 04П10/010 05П10/020 06П10/040 07П10/080 08П10/080 09П10/200
Насыпная плотность, кг/л, не менее 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47
, г/10 мин ≤0 0,2—0,4 0,4—0,7 0,7—1,2 1,2—3,5 3—6 5—15 5—15 15—25
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 600 500 400 300 300 - - - -
Предел текучести при разрыве, кгс/см, не менее 260 280 270 260 260 - - - -
Стойкость к растрескиванию, ч, не менее 400 400 400 400 400 - - - -
Характеристическая вязкость в декалине при 135 °C, 100 мл/г - - - - - 2,0—2,4 1,5—2,0 1,5—2,0 0,5—15
Содержание изотактической фракции, не менее - - - - - 95 93 95 93
Содержание атактической фракции, не более - - - - - 1,0 1,0 1,0 1,0
Морозостойкость, °C, не ниже -5 -5 -5 - - - - - -

Химические свойства

Полипропилен — химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители — хлорсульфоновая кислота , дымящая азотная кислота , галогены , олеум . Концентрированная 58%-я серная кислота и 30%-й пероксид водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60 °C и выше приводит к деструкции полипропилена.

В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100 °C он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол , толуол . Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице.

Среда Температура, °C Изменение массы, % Примечание
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 7 суток
Азотная кислота, 50%-я 70 -0,1 Образец растрескивается
Натр едкий, 40%-й 70 Незначительное
90
Соляная кислота, конц. 70 +0,3
90 +0,5
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 30 суток
Азотная кислота, 94%-я 20 -0,2 Образец хрупкий
Ацетон 20 +2,0
Бензин 20 +13,2
Бензол 20 +12,5
Едкий натр, 40%-й 20 Незначительное
Минеральное масло 20 +0,3
Оливковое масло 20 +0,1
Серная кислота, 80%-я 20 Незначительное Слабое окрашивание
Серная кислота, 98%-я 20 >>
Соляная кислота, конц. 20 +0,2
Трансформаторное масло 20 +0,2

Вследствие наличия третичных углеродных атомов полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при воздействии ультрафиолета и повышенных температурах. Этим и объясняется значительно большая склонность полипропилена к старению по сравнению с полиэтиленом. Старение полипропилена протекает с более высокими скоростями и сопровождается резким ухудшением его механических свойств. Поэтому полипропилен применяется только в стабилизированном виде. Стабилизаторы предохраняют полипропилен от разрушения как в процессе переработки, так и во время эксплуатации. Полипропилен меньше, чем полиэтилен подвержен растрескиванию под воздействием агрессивных сред. Он успешно выдерживает стандартные испытания на растрескивание под напряжением, проводимые в самых разнообразных средах. Стойкость к растрескиванию в 20%-м водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50 °C для полипропилена с показателем текучести расплава 0,5—2,0 г/10 мин, находящегося в напряжённом состоянии, более 2000 ч.

Полипропилен — водостойкий материал. Даже после длительного контакта с водой в течение 6 месяцев (при комнатной температуре) водопоглощение полипропилена составляет менее 0,5 %, а при 60 °C — менее 2 %.

Теплофизические свойства

Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен , и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176 °C. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120—140 ºC. Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств.

Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости (морозостойкости) колеблется от −5 до −15 ºC. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).

Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:

Температура плавления , °C 160—170
Теплостойкость по методу НИИПП , °C 160
Удельная теплоёмкость (от 20 до 70ºС), кал/(г·°C) 0,46
Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100 °C), 1/°C 1,1⋅10 −4
Температура хрупкости, °C От −5 до −15

Электрические свойства

Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:

Удельное объёмное электрическое сопротивление , Ом·см 10 16 —10 17
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц 2,2
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц 2⋅10 −4 —5⋅10 −5
Электрическая прочность (толщина образца 1 мм), кВ/мм 30—40

Переработка

Полипропилен имеет высокий потенциал вторичного применения. Основные способы переработки — формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литьё под давлением.

Применение

Овощи на рынке в полипропиленовых ящиках (таре)

Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), мешков, тары, труб, деталей технической аппаратуры, пластиковых стаканчиков, предметов домашнего обихода, нетканых материалов, электроизоляционный материал, в строительстве для вибро- и шумоизоляции межэтажных перекрытий в системах «плавающий пол». При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука , отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению.

Для вибро- и теплоизоляции также широко применяется пенополипропилен (ППП). Близок по характеристикам к вспененному полиэтилену (пенополиэтилен) . Также встречаются декоративные экструзионные профили из ППП, заменяющие пенополистирол . Атактический полипропилен используют для изготовления строительных клеев, замазок, уплотняющих мастик, дорожных покрытий и липких плёнок.

Структура применения полипропилена в России в 2012 году была следующей: 38 % — тара, 30 % — нити, волокна, 18 % — плёнки, 6 % — трубы, 5 % — полипропиленовые листы, 3 % — прочее .

Рынок полипропилена

Полипропилен занимает второе место в мире среди полимеров по объёму потребления, с долей 26 % уступая только полиэтилену . Доля занимающего третью позицию поливинилхлорида (18 %) сокращается в пользу полипропилена. 76 % мирового потребления полипропилена приходится на гомополипропилен, остальное на сополимеры . В России потребление полипропилена выросло с 250 тыс. т в 2002 году до 880 тыс. т в 2012 году , при этом остаётся на довольно низком уровне: 1,6 % от мирового или 6 кг на человека в год против 18 кг/чел. в Западной Европе, 17 кг/чел. в США и 12 кг/чел. в Китае .

В мире наблюдается перепроизводство полипропилена: сейчас переизбыток оценивается в размере 7,4 млн тонн в год , в 2015 году при ожидаемом объёме мирового потребления 66 млн т производственные мощности составят 79 млн т .

5 крупнейших производителей полипропилена в мире (на 2011 год)
№№ п/п Компания Страна Производственные мощности, тыс. тонн Доля мирового рынка, %
1 LyondellBasell Нидерланды 6 471 11,24
2 Sinopec Китай 4 930 6,37
3 SABIC Саудовская Аравия 3 455 5,13
4 PetroChina Китай 3 038 4,69
5 Braskem Бразилия 2 814 4,60

Российское производство полипропилена началось в 1981 году на Томском нефтехимическом комбинате (ныне принадлежит « Сибуру »). В 1990-е годы установки по производству полипропилена были построены на Московском НПЗ Газпром нефть » и «Сибур») и « » (« Башнефть »). В 2007 году производство полипропилена открылось на будённовском Ставролене Лукойл »), а в 2013 году на омском .

Крупнейшее российское производство полипропилена открылось 15 октября 2013 года — это принадлежащий «Сибуру» завод « Тобольск-Полимер » . В момент запуска тобольского завода он входил в пятёрку самых мощных в мире (ещё два завода имели такую же мощность) . Предприятие рассчитано на производство 510 тыс. т пропилена в год методом дегидрирования пропана (подрядчик — , оборудование — , получаемого на Тобольском нефтехимическом комбинате , и последующее производство из него 500 тыс. т полипропилена в год (подрядчик — Linde , оборудование — Ineos . Мощности прочих российских заводов по выпуску полипропилена не превышают 250 тыс. т в год . «Тобольск-Полимер» специализируется на выпуске , в то время как производство сополимеров «Сибур» решил сосредоточить на Томском НХК и Московском НПЗ .

В 2015 году в России было произведено 1275 тыс. тонн полипропилена, при этом экспорт составил 350 тыс. тонн.

По итогам 2020 года суммарный объём производства полипропилена (ПП) в России вырос на 31 % в сравнении с аналогичным показателем 2019 года и составил около 1 883 тыс. тонн. Основной прирост объёмов производства обеспечил ЗапСибНефтехим

См. также

Примечания

  1. Пыжьянова В. // Эксперт-Урал : журнал. — Екатеринбург, 21 октября 2013. — № 42 (575) . 3 января 2014 года.
  2. // Эксперт : журнал. — М. , 21 октября 2013. — № 42 (872) . 3 января 2014 года.
  3. Серова Т. . Plastinfo.ru. Дата обращения: 3 января 2014. 4 января 2014 года.
  4. Виньков А. // Эксперт : журнал. — М. , 5 ноября 2012. — № 44 (826) . 3 января 2014 года.
  5. Сиваков Д., Виньков А. // Эксперт : журнал. — М. , 20 сентября 2010. — № 37 (721) . 3 января 2014 года.
  6. . www.mrcplast.ru. Дата обращения: 13 апреля 2016. 23 апреля 2016 года.
  7. . www.mrcplast.ru. Дата обращения: 13 апреля 2016. 24 апреля 2016 года.
  8. . Дата обращения: 6 ноября 2021. 6 ноября 2021 года.

Литература

  • Перепёлкин В. П. Полипропилен, его свойства и методы переработки. — Л.: ЛДНТП, 1963. — 256 c.
  • Кренцель Б. А., Л. Г. Сидорова. Полипропилен. — Киев.: Техника, 1964. — 89 с.
  • Коллектив авторов (И. Амрож и т. д.). Полипропилен. Перевод со словацкого В. А. Егорова. Под ред. В. И. Пилиповского и И. К. Ярцева. — Л.: Химия, 1967. — 316 c.
  • Иванюков Д. В., М. Л. Фридман. Полипропилен. — М.: Химия, 1974. — 270 с.
  • Handbook of Polypropylene and Polypropylene Composites / ed. H.G. Karian. — NewYork.: MarcelDekker Inc, 2003. — 740 p.
  • Polypropylene. An A to Z reference / ed. J. Karger-Kocsis. Kluwer, 1999. — 987 p.
  • ГОСТ 26996-86 «Полипропилен и сополимеры пропилена».
Источник —

Same as Полипропилен